比一粒鹽還小的電池問世

劉霞

德國開姆尼茨工業大學及中國長春應用化學研究所科學家在《先進能源材料》雜志上撰文稱，他們研制出了迄今世界上最小的電池，可為一粒灰塵大小的計算機供電，未來有望在物聯網、微型醫療植入物、微型機器人系統和超柔性電子等領域大顯身手。

電子產品一直在朝小型化邁進，小型微電子設備（如植入人體內的傳感器系統）需要比一粒灰塵還小的計算機和電池。但迄今為止，缺乏可隨時隨地運行的電源，以及很難生產可集成的微電池這兩大因素阻礙了這一趨勢。

科學家們稱，通過開發合適的電池或“采集”發電方法，可以為微小的亞毫米級計算機供電。但目前微型電池的生產方法與普通電池大相徑庭，如擁有高能量密度的緊湊型電池（紐扣電池等）使用濕化學方法制造而成，使用這種標準技術生產的微電池可以提供良好的能量和功率密度，但其直徑明顯超過1平方毫米。

研究團隊的目標是設計一種直徑小于1平方毫米、可集成在芯片上的電池，其最小能量密度仍為100微瓦時/平方厘米。為實現這一目標，該團隊在微型規模上集成了集電器和電極條——特斯拉也在大規模使用類似工藝制造其電動汽車用電池。

研究人員使用到了所謂的“瑞士卷”或“微型折紙”工藝。他們在晶圓表面連續涂覆聚合物、金屬和介電材料薄層，形成具有內在張力的分層系統。薄層被剝離會釋放出機械張力，隨后自動彈回去卷成“瑞士卷”。因此，不需要外力就能制造出一個自卷繞圓筒式微型電池。

利用這種方法，團隊制造出可以反復充電的迄今最小的微電池，其比一粒鹽還小，能為世界上最小的計算機芯片供電約10個小時。而且，該方法與現有芯片制造技術兼容，能夠在晶圓表面生產高通量微型電池。

研究人員稱，這款微型電池有望在物聯網、微型醫療植入物等領域大顯身手，應用于未來的微納電子傳感器和執行器內。他們表示，這項技術仍有巨大的優化潛力，未來可能會出現更強大的微電池。